(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料水を脱気処理して溶存酸素を１ｐｐｍ以下まで低下させた後に、３０〜８０℃に加熱し、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して活性水を得る工程と、
化石燃料の原料油を４０〜８０℃に加熱した後に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して活性油を得る工程と
前記活性水と前記活性油とを混合し、この混合液に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒により改質処理を行う工程と、
この光触媒反応の未反応液を、前記改質処理を行う工程に戻して、再度光触媒反応に供する循環工程と
を有することを特徴とする化石燃料改質方法
【請求項２】
５０〜８５重量部の前記原料油と、１５〜５０重量部の前記原料水とから、原料油の１．２〜２．０倍の改質油を得ることを特徴とする請求項１に記載の化石燃料改質方法
【請求項３】
原料水中の容存酸素を１ｐｐｍ以下まで低下させる脱気処理装置と、
前記原料水を３０〜８０℃の温度に加温する温度調整装置と、
前記原料水に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、活性水を得る原料水磁気処理装置と、
化石燃料の原料油を、原料タンク内で４０〜８０℃に加温して、粘度調整する加熱装置と、
前記原料油に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、
活性油を得る原料油磁気処理装置と、
前記活性水と前記活性油とを混合し、この混合油に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒反応により改質処理を行う第１の光触媒反応装置と、
前記第１の光触媒反応装置にて処理した混合油に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒反応により改質処理を行う第２の光触媒反応装置と、
前記第２の光触媒反応装置にて処理した混合油が供給される循環反応タンクと、
前記循環反応タンク内の未反応液を取り出し、この未反応液に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、活性化する未反応液磁気処理装置と、
前記未反応液磁気処理装置で活性化した未反応液を、前記第２の光触媒反応装置に戻して、再度この第２の光触媒反応装置にて処理させる循環経路と、
前記循環反応タンク内の反応後の改質油が供給される改質油タンクと、
を有することを特徴とする化石燃料改質装置
【請求項４】
前記第１及び第２の光触媒反応装置は、石英管の接液部表面に、アパタイト被覆二酸化チタンを含む光触媒塗料を塗布した流水式紫外線殺菌装置であることを特徴とする請求項３に記載の化石燃料改質装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料となる化石燃料（原料油）と水とを混合し、脱気、加熱、磁気処理並びに光触媒反応によって原料油を改質し、原料油に劣らぬ発熱量を有する改質燃料を得るための化石燃料の改質方法および改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー問題は様々な形で人類に影響を及ぼしている。福島第一原子力発電所の事故以来、電力の原子力依存が抑制され、それに代わるものとして再生可能エネルギーの開発が求められ、その早急な実施が叫ばれている。しかし、その供給電力量は当分の間、原子力発電をカバーするに至らず、その間を火力発電が肩代わりする状況にある。       
【０００３】
火力発電の燃料源としては石炭、天然ガス、化石燃料等が使用されているが、化石燃料の使用比率は高く、そのため、あらゆる面から化石燃料の使用に係るコストを低減する技術が開発され、実用化されつつある。                  
【０００４】
その一つとして、油中に水を分散した油水エマルジョン燃料があり、一部で実用化されている。さらに近年、酵素を加えた水と油を混合し、特殊な装置により油を加水分解して加水燃料とする方法が提案されている（特許文献１参照）。
この方法は、水が燃料として機能する燃焼効率のよい、安定した燃料油を提供するとある。
【０００５】
その後、前記特許と異なる酵素種を水および油に加え、さらに、その混合液をマイクロ波または超音波で励起された天然鉱石と接触反応させる方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法は発熱量の高い、透明な加水燃料を提供するとある。                     
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３９７４３２号
【特許文献２】特許第４６８２２８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の両先行技術は、いずれも反応触媒として酵素を使用するもので、そのため酵素残渣を除去するための工程を設ける必要があり、また除去された酵素残渣を処分する経費が必要である。さらに酵素が高価であることもあり、製造コストに問題にあった。
本発明は、酵素の代わりに光触媒を用いて化石燃料（原料油）と水とを化学的に反応させて原料油を改質することにより、先行技術のコスト問題を解決し、原料油と変わらぬ発熱量を示す改質油を得ることを目的とする。また、本発明は改質された高粘度の重質油の粘度を低下させ、燃焼性および燃焼効率を著しく向上させた改質油を得ることを目的とする。さらに化学反応によって改質することにより、改質油の収量が原料油の１．２〜２．０倍量となる化石燃料の改質方法および改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の化石燃料改質方法は、原料水を脱気処理して容存酸素を１ｐｐｍ以下まで低下させた後に、３０〜８０℃に加熱し、表面磁束密度は１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して活性水を得る工程と化石燃料の原料油を４０〜８０℃に加熱した後に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して活性油を得る工程と前記活性水と前記活性油とを混合し、この混合液に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒により改質処理を行う工程と、
この光触媒反応の未反応液を、前記改質処理を行う工程に戻して、再度光触媒反応に供する循環工程と
を有することを特徴とする。
【０００９】
この方法は、例えば、５０〜８５重量部の前記原料油と、１５〜５０重量部の前記原料水とから、原料油の１．２〜２．０倍の改質油を得る方法である。
【００１０】
本発明の化石燃料改質装置は、
原料水中の容存酸素を１ｐｐｍ以下まで低下させる脱気処理装置と、前記原料水を３０〜８０℃の温度に加温する温度調整装置と、前記原料水に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、活性水を得る原料水磁気処理装置と、化石燃料の原料油を、原料タンク内で４０〜８０℃に加温して、粘度調整する加熱装置と、前記原料油に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、活性油を得る原料油磁気処理装置と、前記活性水と前記活性油とを混合し、この混合油に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒により改質処理を行う第１の光触媒反応装置と、前記第１の光触媒反応装置にて処理した混合油に対し、アパタイト被覆二酸化チタンを光触媒とし、照射線量１０〜３００ｍＷ・ｓｅｃ／ｃｍ２の紫外線を照射して、光触媒反応により改質処理を行う第２の光触媒反応装置と、前記第２の光触媒反応装置にて処理した混合油が供給される循環反応タンクと、前記循環反応タンク内の未反応液を取り出し、この反応液に、表面磁束密度が１０００〜４００００ガウスの磁気処理を施して、活性化する未反応液磁気処理装置と、前記未反応液磁気処理装置で活性化した未反応液を、前記第２の光触媒反応装置に戻して、再度この第２の光触媒反応装置にて処理させる循環経路と、前記循環反応タンク内の反応後の改質油が供給される改質油タンクと、を有することを特徴とする。
【００１１】
この場合に、例えば、前記第１及び第２の光触媒反応装置は、石英管の接液部表面に、アパタイト被覆二酸化チタンを含む光触媒塗料を塗布した流水式紫外線殺菌装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、磁気処理により、原料水の水分子がマイナスに分極し，ブラウン運動が活発となって活性化し、同様に、原料油もブラウン運動が活発となって活性化し、両者を混合した混合油に対して、光触媒反応を起こさせると、パラフィン系炭化水素の炭素鎖が加水分解されて低分子の炭化水素とアルコールに変化する。これにより、混合油の粘度が低下する。一方、不飽和系炭化水素の二重結合は、水素化反応または水和反応により、二重結合に水素又は原料水が結合することにより、重量を増加し、発熱量も減少せず、原料油に劣らぬ発熱量を有する透明な改質燃料を得ることができる。また、光触媒反応における未反応水は、水中油のエマルジョンとなって循環タンクの底部に沈降、分離するが、この未反応水を含む未反応液を、再度磁気処理して活性化した後に、第２の光触媒反応装置に循環して、改質処理することにより、改質油の収率をあげて、原料油の１．２〜２．０倍の量の改質燃料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明化石燃料改質装置のブロック図である。
【図２】本発明に用いる化石燃料改質装置の１例である。
【図３】本発明に用いる磁気処理装置の１例である。
【図４】本発明に用いる循環タンク用攪拌翼の１例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の化石燃料改質装置について以下、図面１とともに実施形態を説明する。
【００１５】
この化石燃料改質装置はタンク群として、原料水タンク１，原料油タンク５，循環反応タンク９並びに改質油タンク１１を備えている。
【００１６】
原料水タンク１は原料油に混合する水を貯蔵するもので、原料油タンク５は原料の化石燃料を貯蔵するもので、循環反応タンクは改質油と未反応物とを分離し、未反応物を再度、光触媒反応装置に循環し、化学反応を進行させるために備えるものであり、改質油タンク１１は改質油（製品）を貯蔵するものである。
【００１７】
本装置の原料水活性化工程１００は、脱気処理装置２，温度調整装置３，原料水磁気処理装置４を備えている。
【００１８】
脱気処理装置２は、原料水中の溶存酸素を脱気するためのものであり、その溶存酸素濃度は水と油との親和性に関係するもので、その濃度は０.１０ｐｐｍであることが望ましい。脱気処理装置としては、逆浸透膜モジュールを利用した脱気処理装置を使用している。温度調整装置３は、移送配管にコイル状電気ヒーターを取り付けて外部より加熱し、温度調節計により原料水の温度を４０℃〜８０℃に調節・維持するものである。原料水の制御温度は６０℃が望ましい。
【００１９】
原料水磁気処理装置４は、図３に示すように角形ネオジウム磁石をパイプに装着し、カバーを付けたもので、その表面磁束密度は１０００〜３００００ガウスである。表面磁束密度は１６０００ガウスが望ましい。
【００２０】
本装置の原料油活性化工程２００は、原料油タンク５および原料油磁気処理装置６を備えている。
【００２１】
原料油タンク５は攪拌機と加熱装置とを備え、攪拌機により貯蔵油の温度が一定になるように攪拌しながら、タンク内原料油の温度を所定の温度に維持するよう温度調節装置を備えるものである。原料油の温度は４０〜８０℃に維持されるが、６０℃が望ましい。原料油磁気処理装置６は、磁気により分子運動を活発にして微少凝集体を分散し、活性化するためのものである。
【００２２】
本装置の光触媒反応工程３００は、Ｎｏ.１光触媒反応装置６、Ｎｏ.２光触媒反応装置７並びに循環反応タンク９を備えている。
【００２３】
前工程で活性化された原料水と原料油とを直列に配置された２台の光触媒反応装置（６，７）に通して光触媒反応を行わしめ、その反応液は循環反応液タンク９に中間貯留する。
【００２４】
上記２台の光触媒反応装置は同型のもので、流水式紫外線殺菌機を改造したものである。流水式紫外線殺菌機の石英管接液部に光触媒塗料を塗布して、光触媒反応装置として利用するものである。
【００２５】
光触媒塗料は市販のものでよく、紫外線照射線量は１０〜３００ｍＷ・sec／ｃｍ２とするが、好ましくは１００ｍＷ・sec／ｃｍ２である。
【００２６】
循環反応タンク９は、前工程より受け入れた反応液の中間貯留タンクとしての機能とタンク内を低速攪拌しながら、未反応液の沈降、分離を促進する機能とをもつものである。攪拌機の回転速度が６〜１２ｒｐｍであるが好ましくは６ｒｐｍである。攪拌翼は図４に示すような形状をし、水中油エマルジョンの生成を防止するような構造とする。
【００２７】
循環反応工程４００は、未反応液磁気処理装置１０、Ｎｏ.２光触媒反応装置７（兼用）並びに循環反応タンク９（兼用）を備えている。
【００２８】
反応液は、順に循環反応タンク→未反応液磁気処理装置→Ｎｏ.２光触媒反応装置→循環反応タンクへと循環、通液して光触媒反応を進め、改質油の収量を上げるために備えている。各装置はそれぞれ前記装置と同じ仕様のものである。
【実施例１】
【００２９】
水温２０℃の水道水１００リットルを毎分１０リットルの流量で脱気処理装置により溶存酸素濃度を０.１ｐｐｍまで脱気し、温度調整装置により６０℃に加熱し、原料水磁気処理装置により表面磁束密度１６０００ガウスの磁気で処理した活性水を、また一方、原料油タンクにおいて６０℃に予熱されたＡ重油（昭和シェル石油社製）１００リットルを毎分１０リットルの流量で磁気処理装置により表面磁束密度１６０００ガウスの磁気で処理した活性油とを混合し、Ｎｏ.１光触媒反応装置およびＮｏ.２光触媒反応装置を通して光触媒反応させ、流出してくる反応液を循環反応タンクに中間貯留した。
【００３０】
各活性化工程への通液開始５分後から、未反応液を毎分２０リットルの流量で循環反応タンクから未反応液磁気処理装置へ導き、表面磁束密度１６０００ガウスの磁気処理を施し、Ｎｏ.２光触媒反応装置を通して光触媒反応させ循環反応タンクへ戻す循環反応工程を５０分間、循環通液し、終了した。
なお，計算上の紫外線照射線量は８０ｍＷ・sec／ｃｍ２であった。
【００３１】
循環反応終了後、反応液を循環反応タンク内に静置し、４時間後に液量を測定したところ、改質油層は１４０リットルであり、６０リットルの未反応層が残留した。
【００３２】
改質油収量は原料油１００リットルに対して改質油１４０リットルであり、改質油収率（＝（改質油／原料油）×１００）は１４０％である。
また、改質油は粘性のない透明な薄茶色で、その総発熱量は４５２６０Ｊ/ｇであった。
【実施例２】
【００３３】
水温２０℃の水道水１００リットルを毎分１０リットルの流量で脱気処理装置により溶存酸素濃度を０.１ｐｐｍまで脱気し、温度調整装置により６０℃に加熱し、原料水磁気処理装置により表面磁束密度４０００ガウスの磁気で処理した活性水を、また一方、原料油タンクにおいて６０℃に予熱されたＣ重油（昭和シェル石油社製）１００リットルを１０リットル／分の流速で磁気処理装置により表面磁束密度４０００ガウスの磁気処理した活性油とを混合し、Ｎｏ.１光触媒反応装置およびＮｏ.２光触媒反応装置を通して光触媒反応させ、流出してくる反応液を循環反応タンクに中間貯留した。（原料水及び原料油の通液は１０分後に終了した。）
原料水及び原料油の通液開始５分後から未反応液の循環を開始し、毎分２０リットルの流量で循環反応工程を１２０分間循環通液し、終了した。
なお，計算上の紫外線照射線量は８０ｍＷ・sec／ｃｍ２であった。
【００３４】
循環反応終了後、反応液を循環反応タンク内に静置し、４時間後に液量を測定したところ、改質油層は１８５リットルであり、薄茶色の未反応層（水中油エマルジョン）は１５リットルであった。
【００３５】
改質油収量は原料油１００リットルに対して改質油１８５リットルであり、改質油収率（＝（改質油／原料油）×１００）は１８５％であった。
改質油は粘性のない濃い茶褐色で、総発熱量は４２５００Ｊ/ｇであった。
【００３６】
なお、実施例１および実施例２ともに同一試験装置を用い、その主な装置は以下の通りである。
脱気処理装置    三菱レイヨン社製脱気膜モジュールＭＨＦ１７０４
真空ポンプ：アルバック機工（株）社製Ｇ−２５ＳＡ
温度調整装置    八光電熱器社製加熱ユニット
各磁気処理装置  自家製装置（図３参照）
原料油タンク    攪拌翼：轟製作所製、
加熱ユニット：八光電熱器社製ＳＦＷ５０６０
循環反応タンク  攪拌翼：図４のとおり
Ｎｏ.１及びＮｏ.２光触媒反応装置
環境テクノス社製流水式紫外線殺菌機ＵＶ２０Ｗの改造品
改造内容：石英管の接液部表面にアパタイト被覆二酸化チタ                            ン光触媒塗料を刷毛で一回塗りした。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、各種化石燃料と水とを化学反応させることにより燃料油として増量でき、粘度低下による燃焼効率も向上できるので、その省エネ効果を大きい。炭素数１０以上の炭化水素に適した方法であり、炭素数が多い化石燃料ほど本発明の効果は大きくなる（灯油≒軽油＜Ａ重油＜Ｃ重油）。
【００３８】
本発明は、大幅な省エネを達成するばかりでなく、化石燃料の燃焼にともなう温室効果ガスの削減にも大きく寄与するものである。               
【符号の説明】
【００３９】
１００  原料水活性化工程
２００  原料油活性化工程
３００  光触媒反応工程
４００  未反応液反応工程
１  原料水タンク
２  脱気処理装置
３  温度調整装置
４  原料水磁気処理装置
５  原料油タンク
６  原料油磁気処理装置
７  Ｎｏ.１光触媒反応装置
８  Ｎｏ.２光触媒反応装置
９  循環反応タンク
１０  未反応液磁気処理装置
１１  改質油タンク
【要約】      （修正有）【課題】原料油（化石燃料）と水とを磁気により活性化し、光触媒反応させることによって発熱量が原料油に劣らぬ改質油を原料油の１.２〜２倍量を製造する化石燃料の改質方法及び改質装置を提供する。【解決手段】脱気、加温並びに磁気処理によって活性化した原料水と、加温および磁気処理によって活性化した原料油とを光触媒反応装置に導き、光触媒作用によって加水分解反応、水素化反応並びに水和反応などの化学反応を行い、発熱量が変わらぬ軽質油を製造することができる。さらに、未反応物を再度、磁気処理装置を通して光触媒反応装置に循環し、改質反応を進めることにより原料油の１.２〜２倍量の収量を得ることができる。【選択図】図２【図１】
0005267898.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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